计及核电调峰的新能源电力系统两阶段随机优化调度

庄镇宇 时盟

摘  要：由于世界能源危机事件日益严峻，新能源可以有效缓解能源危机。但是新能源存在不确定性，规模比较大的新能源并网，会加大电力系统优化调度的难度。在新能源出现后，电力系统峰谷差极易加大电力系统调峰压力。为了全面处理好调峰问题，应当建立核电调峰模型，并且建立新能源方式，以此确保电力调度的灵活性。此次研究主要是探讨分析计及核电调峰的新能源电力系统两阶段随机优化调度，希望能够对相关人员起到参考性价值。

关键词：计及核电调峰;新能源电力系统;两阶段;随机优化调度

中图分类号：TM732        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）29-0076-02

Abstract： As the world energy crisis is becoming more and more serious， new energy can effectively alleviate the energy crisis. However， there is uncertainty in new energy， and the grid connection of large-scale new energy will increase the difficulty of optimal dispatching of power system. After the emergence of new energy， the peak-valley difference of power system is prone to increase the peak load regulation pressure of power system. In order to deal with the problem of peak load regulation in an all-round way， a nuclear power peak load regulationmodel should be established and a new energy mode should be established to ensure the flexibility of power dispatching. The main purpose of this study is to explore and analyze the two-stage stochastic optimal dispatching of new energy power system of considering nuclear power peak load regulation， in order to provide reference for relevant personnel.

Keywords： considering nuclear power peak load regulation; new energy power system; two stages; stochastic optimal dispatching

在世界經济快速发展过程中，相应增加传统能源的使用量，且能源消费占比也持续增加。由于能源资源紧张，且生态环境破坏严重，所以必须注重能源结构转型问题。在此种背景下，新能源会凭借自身发展优势，全面替代传统能源。然而由于新能源具备不确定性与随机性特点，在与电网系统连接期间，会产生比较大的冲击。

1 核电机组调峰模型

按照不同国家所开展的核电负荷跟踪试验可知，核电机组爬坡速率通常在1%-5%/min。根据运行经验可知，核电机组能够按照不同模式做好调峰处理，确保达到机组额定出力的标准百分比，并且在此功率运行条件下稳定后，能够提升机组出力值。针对调峰深度来说，核电机组调峰深度存在固定调峰深度，通常为机组最大出力的30%和50%。

按照长期研究可知，核电机组在开始调峰期间，时间点比较一致，核电会在固定时间点向下爬坡，从而进入到非满负荷运行状态。在运行期间，核电调峰的启动点必须按照电网负荷变化做好调整，确保调峰的灵活性。

此次研究建立核电调峰模型，启动点设置必须考虑到实际需求。通过模型，可以设置不同时段的核电机组出力方案，将调度时间隔设置为1h，共涉及到24种核电机组调峰模式，以此对应不同的调峰启动点。

2 两阶段随机优化调度模型

2.1 目标函数

在电力系统中，对核电参与调峰、新能源接入问题进行分析，同时将核电、火电运行费用设定为最小优化目标，此时就会牵扯到机组启停成本、运行成本。目标函数如（1）式所示：

在（1）式中，CH，k表示在k场景下，火电机组的运行成本;CN、RN表示核电机组运行成本、调峰成本;CR，k表示在k场景中，新能源的弃用成本;Ek表示在k场景中的概率。

第一，火电机组运行成本。机组运行过程中，会涉及到机组启停成本、煤炭耗费用等。在计算时，为了缩短整个计算时间，必须对火电机组煤炭耗费进行分段线性化处理，并且将二次函数转化，分解为多段一次函数。通过分段线性化方式，在机组运行规律内选取多个分段点，火电机组最小发电功率为第一个分段点，最大发电功率为第N个分段点，将机组功率划分为N段。

第二，核电机组运行成本。对于核电机组来说，运行成本函数如下：

在（2）公式中，？琢n、？茁n分别表示机组的运行费用参数。

第三，核电机组调峰成本。对于核电机组来说，调峰成本包含调峰增加成本、安全成本。通过分析能够获得核电调峰成本，如下所示：

在（3）公式中，FnN表示调峰成本;Pnmax表示最大出力功率。

2.2 第一阶段约束条件

在第一阶段中，考虑到火电机组启停状态，满足相关约束。以下公式表明在限制条件下，机组启停所需时间。

2.3 第二阶段约束条件

在确定第一阶段机组状态后，能够提出火电机组和核电机组的出力决策，由此提出第二阶段约束。在上文分析中，明确调峰核电机组出力，并且在第二阶段做出决策。约束条件内包含常规约束，确保电网运行安全与稳定。

3 算例分析

3.1 IEEE24节点标准测试系统

采用上文所建立的模型，对测试系统进行仿真计算。同时比对传统机组组合模型，对上述模型的正确性、核电调峰应用的必要性进行验证。

通过修改24节点标准测试系统，。系统内包含火电机组共计27台、核电机组共计2台、新能源机组共计4台。提供不同新能源应用场景，且不同场景的出现概率分别为10%、20%、30%、40%，图1为出力曲线图。按照图1能够看出，在不同场景中，新能源出力的差别比较大，所以必须对新能源的不确定性进行分析。

3.2 某地区电力系统分析

通过对某地区实际电网进行两阶段随机优化调度，分析核电参与调峰的可行性，对不同核电调峰成本系数下的经济性进行研究。

本文选择某地区电力系统，将其作为测试算例，将地区主要电网作为研究电网，电网总桩基容量为30154MW，火电机组装机容量占比70.87%、新能源占比21.93%、核电机组占比为7.2%。图2为地区某日电网的负荷图。由于地区核电装机数量非常少，因此为了凸显出核电调峰能力，将地区核电装机量假设为实际装机的2倍，新能源装机假设为实际的70%，在不同时段内，将电力负荷假设为低于5000MW。

地区参与调峰条件下，电力系统新能源弃用量为500.2MW·h/d;不参与调峰条件下，电力系统新能源弃用量为1066.3MW·h/d。核电机组参与调峰之后，明显增加新能源消纳量，降低电力系统的运行成本。

在默认核电调峰成本系数条件下，核电参与调峰、不参与调峰时，新能源发电功率、可利用功率。当核电机组参与调峰时，在2-7时之间，新能源消纳量明显增加;在15-22时之间，新能源消纳量同时存在增加和减少，但是幅度差异比较小。通过上述分析能够看出，核电机组参与调峰时，可以加大新能源消纳量。通过对不同核电调峰成本系数的优化结果，在成本系数持续增加条件下，会相应增加电力系统运行成本，但是新能源弃用量并非持续增加。

为了提升核电调峰效果，可以应用以下策略方法：第一，结合季节性调峰与大修组合方式。针对不同的季节，所检修的机组数量也不同。1月和12月是用电负荷比较大的时间段，此时安排2-6台机组大修。6-8月的用电负荷比较小，此时需要安排10-12台机组大修;第二，注重需求侧管理。电力企业应当每年设置避峰日，时间为20d，提前1d通知用户。第三，注重小修和电网周调峰协调。对于用电负荷比较小的时间段，可以停用1台核电机组，开展计划性小修，不仅满足机组检修需求，还可以满足电网调峰需求。针对核电占据电网总桩基容量比较大的情况，核电机组必须满足地区电网调峰需求，可以按照不同能源结构进行类别划分。第四，针对新能源占比不同的情况，由于风力发电具备反调峰、波动性特点，且必须满足核电基荷运行需求，因此比较依赖于抽水蓄能。

4 结束语

综上所述，通过仿真结果可以看出，核电机组参与调峰后，可以使电力系统运行成本降低，能够提升经济性。通过应用两阶段随机优化模型，可以分析新能源出力的不同应用场景，有助于提升电网运行经济性。

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